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Hola! Estoy realizando el proyecto final de carrera en una empresa. El tema de mi proyecto es la instalación de aire comprimido. La idea es primero hacer una descripción de una instalación estándar de aire comprimido, después describir la instalación ya existente y por último plantear mejoras. Los dos primeros puntos ya los tengo más o menos elaborados, pero a la hora de plantear mejoras estoy muy desorientada.

También tengo que comentar que me costó mucho trabajo el ubicarme en el tema, porque en la carrera nunca tocamos nada de instalaciones de aire comprimido. Lo único que si que vimos fue unas nociones de neumática en la asignatura de máquinas hidráulicas. Si alguien conoce bibliografía interesante sobre el tema, me encantaría que la compartiera conmigo (ya tengo el libro de ENRIQUE CARNICER).

Lo que realmente quería proponer en este hilo, por si alguien pudiera echarme una mano, es que me sugirierais ideas para mejorar la instalación y así poder terminar el proyecto. Os preguntaréis porque pongo esto aquí, pues es básicamente porque la profesora que me lleva el proyecto se desentendió del tema y ahora ya es un poco tarde para cambiar, y en la empresa en la que estoy aunque me tratan muy bien, en los momentos en los que estamos tienen mucho trabajo y poco personal. Me ayudan en lo máximo que pueden pero no tienen tiempo para sentarse conmigo a analizar la situación.

A continuación os hago una descripción de más o menos como es la instalación:

La empresa se dedica a la forja y mecanización de piezas para automoción. Tiene dos mercados claramente diferenciados: la unidad de cigüeñales forjados para turismos y motocicletas; y la unidad de Vehículo Industrial (UNVI), que fabrica ejes delanteros, palieres y mangones para camiones.

COMPRESORES: cuatro compresores, tres de ellos son de tornillo lubricados (Atlas Copco: dos ZR5A y uno ZR400) y uno de ellos es centrífugo (CENTAC de Ingersoll Rand)

REGULACIÓN DE COMPRESORES: Los cuatro compresores están siendo regulados mediante un autómata ES130, en que se encuentra implementado uno de los controles más sencillos, el control convencional. El compresor centrífugo está funcionando siempre y uno de los tornillos entra en funcionamiento cuando el consumo de aire lo exige.
El compresor centrífugo funciona entre unos límites de presión de 7.4 y 7.5 bar, pues se comprobó que pierde mucha eficiencia al ventear, puesto que no se trata de un compresor todo o nada, como los de tornillo.
Como apoyo del compresor centrífugo, uno de los compresores de tornillo se encuentra regulado entre 7.2 y 7.4 bar de presión. De este modo, lo que se pretende es que entre en carga cuando las necesidades de aire así lo demanden, que en este caso en particular sucede cuando la línea de martillos está funcionando principalmente.
Mientras tanto, los dos compresores de tornillo restantes, están programados en el siguiente rango de presiones: 6.8 y 7.25 bar. Su función es puramente de seguridad, pues además de que la línea de martillos es muy inestable, puede producirse una rotura en una tubería u otro tipo de avería, y de este modo el suministro está garantizado. Pueden entrar uno o incluso los dos compresores en funcionamiento a la vez.

SALA DE COMPRESORES:
- UBICACIÓN: Está en un anexo de la planta de fabricación. Aunque quizás la ubicación más adecuada sería en un punto más central, en este caso no sería adecuado porque en los procesos de fabricación se alcanzan temperaturas muy elevadas, que originan temperaturas ambiente también elevadas, lo que provocaría un peor rendimiento de las unidades de compresión.
- ASPIRACIÓN: . la aspiración se toma directamente de la sala de compresores. La sala de compresores no dispone sin embargo, de ningún tipo de control de temperatura, ni termómetros ni ventilación de ningún tipo. Aquí la regulación de la temperatura se logra debido a que se trata de una sala de grandes dimensiones, tanto en largo y ancho como en altura, para albergar el número de compresores existentes. De este modo se consigue la temperatura no baje ni suba excesivamente durante el invierno ni durante el verano respectivamente. Los resultados obtenidos con esta solución son lo suficiente adecuados como para no necesitar ningún otro tipo de control, lo que además supone un ahorro económico.

DEPÓSITOS Y ACUMULADORES INTERMEDIOS: Existen 6 depósitos de 24 m3 de capacidad a la salida de los compresores. Están ubicados en la pared exterior de la sala de compresores, es decir en la fachada sur de la fábrica. Constituyen el primer punto de purga de agua de la red de distribución, ya que no hay refrigeración posterior. También hay tres acumuladores intermedios, dos de ellos de 24 m3 de capacidad y uno de 10 m3, situados cada uno de ellos antes de cada martillo en el interior de la fábrica.

PREPARACIÓN DEL AIRE: Como la calidad de aire varía en gran medida en función del uso para el que esté destinada, cada línea de producción o cada sección, dispone de sus propios elementos acondicionadores de aire.

No hay ni refrigeración posterior, ni secado a la salida de los compresores. El principal motivo por el cual esto no existe es debido a la línea de martillos. El aire que entra en los martillos, es calentado, aumentando por tanto su capacidad para contener humedad y eliminando por tanto la necesidad de que este aire sea deshumidificado con anterioridad. Estos suponen aproximadamente la mitad del consumo total de aire de la fábrica. De este modo, si tuviéramos algún tipo de refrigeración posterior estaríamos empleando equipos sobredimensionados, pues solo sería aprovechada la mitad de su capacidad. Por lo tanto, se decidió asumir los efectos secundarios que supone el aire húmedo circulando por la red de distribución, tal como la corrosión de las tuberías.

En esta industria, no se precisa el suministro de un aire comprimido completamente seco para toda la fábrica, por ello cuando existe necesidad de él en alguna sección o punto en concreto es más económico tratar el aire parcialmente que en su totalidad, bastando con una preparación eficaz. Hay instalados dos secadores de adsorción del modelo BD 630 de Atlas Copco, uno en la línea 5000 y el otro en la TMP 4000. El motivo por el cual se sitúan en estas líneas en concreto y no en el resto, es simplemente debido a la calidad del aire requerida en cada punto de utilización.

Por lo tanto, dependiendo de la línea de producción que se considere, el aire comprimido será controlado por una unidad de mantenimiento completa (filtro, regulador y lubricador), o simplemente habrá un filtro y un regulador, etc.

DISPOSICIÓN DE LA RED: Se trata de una red mixta. El aire que sale del compresor, una vez que sale de los depósitos la tubería principal se divide en dos. Una línea que llega directa a los martillos y de ella cuelga también un anillo cerrado que suministra aire a matricería y tratamientos térmicos; y otra que suministra aire al resto de la fábrica.
El aire restante se distribuye en la fábrica a través de un anillo cerrado, el cual suministra aire directamente a la línea TMP400, 6000, 5000 y 4000, que son despues de los martillos, los principales consumidores de aire. De este anillo, también se descuelgan dos ramales secundarios constituyendo dos líneas abiertas, uno de los cuales proporciona aire a la recalcadora, a la LASCO y a la línea de mecanizado; y el otro que se bifurca al mismo tiempo para proporcionar aire a la línea de acabados y amantenimiento.
Dentro de la línea de acabados, mantenimiento, matricería y mecanizado el aire se distribuye a su vez en forma de anillo cerrado, al cual están conectados cada unos de los instrumentos de aire comprimido que componen dicha sección.

TUBERÍAS: acero en hierro negro

MANTENIMIENTO: todos los años en el mes de Agosto que es cuando no hay actividad dentro de la fábrica, viene una empresa exterior que revisa los compresores.
Diariamente una persona encargada, comprueba que todo funciona correctamente, principalmente mira que los compresores trabajen dentro de los rangos, y realiza la purga de los depósitos.

NOTA: La actividad en la fábrica solo se para durante el mes de Agosto. Y después durante fines de semana y festivos solo trabajan algunas líneas en particular. Una idea que también podría ser interesante es que durante los fines de semana el consumo baja enormemente, y queda un compresor en funcionamiento para esos pequeños consumos, debido a que la red tiene que mantener la presión. Quizás sería interesante analizar los consumidores de aire durante el fin de semana e independizar un compresor para satisfacer su consumo.

Muchísimas gracias por vuestra ayuda. Ahora mismo estoy de bajón porque me siento una inepta. Un saludo a todos

Ante todo, no te sientas una inepta. Coño, ¡que tú eres ingeniera!. Estarás un poco perdida por ser un tema nuevo... pero puedes enfrentarte a eso, y mucho más.

Al lío:

Yo entiendo que muy probablemente, las necesidades de aire, están cubiertas. Es decir, no les falta aire en ningún punto. El sistema es eficaz.

Pero el aire es un vector energético de una eficiencia bajísima. Y si nunca se ha hecho un intento de optimización de la red, usos, etc., es muy probable que la cantidad de kwh de aire que se estén gastando sean muy superiores a los necesarios.

Si no hay un preventivo muy bueno (localización de fugas, etc.), y si la instalación no está optimizada, lo normal es que del orden de un 50% del aire se vaya en derroches.
(he visto graficos que indican que, aproximadamente, el 50% del aire, es realmente necesario, el 30%, se va en fugas, el 10%, son usos inapropiados,y el 10%, es demanda artificial).

Por tanto, centraría la mejora ahí: en la eficiencia.
Y en dos aspectos: la producción de aire, y la demanda de aire.


DEMANDA DE AIRE:
Yo trataría de establecer una "línea de base" (este término entiendo que se "pondrá de moda", ya que es la primera herramienta en un sistema de gestión de eficiencia energética basado en la ISO 50001, pero esta es una norma generica, nunca he oido el término aplicado a aire comprimido, pero es perfectamente aplicable):
En definitiva, consistiría en

- identificación de usos del aire.
- características que debe tener en cada uso (presión, y si es el caso, humedad, etc.).
- cantidad de aire necesario en cada uso.


Debes suministrar sólo la presión necesaria, la imprescindible. Cada mbar de más, aumentas las pérdidas en fugas, en pérdidas de carga, etc.

Por tanto, si puedes identificar una zona donde el aire, en vez de a 7 bar, puede estar a 6 bar (o 6.5), entonces ahí tienes un punto de ganancia importante.
Puedes poner un manoreductor y un calderín de forma que, aguas abajo, toda la presión sea estable, y sea justo la que necesitas.
(y si tienes muy pocos consumos concretos que necesiten más presión, puedes usar un multiplicador de presión)...

Puedes usar caudalímetros para ver consumos reales, comparar con teóricos, etc.
Puedes hacer auditorías de fugas (son sorprendentemente eficaces, con un sonómetro ultrasónico, se detectan rápidamente, se facilita la reparación, y se reduce el gasto de forma muy significativa).



PRODUCCIÓN:
No entiendo que tengas un autómata, y que regules a presiones superiores a las necesarias, para que no entren en descarga, etc.
Deberías instalar un sistema de regulación, que regule el funcionamiento de los compresores de forma independiente, es decir, que los compresores deben trabajar siempre a la mínima presión necesaria. Regular por encima para que no descargue, significa un incremento de consumo.

Asegurate, igualmente, de que los compresores fijo y variable se ajustan de forma adecuada. Esto es: el rango entre máximo y mínimo caudal (la diferencia máximo - mínimo) es MAYOR que el caudal que da el compresor fijo que lo complementa.

Si esto no es así, habrán momentos del año en el que el fijo y el variable no se complementen bien (imagina: el variable da entre 10 y 20.... el fijo, da 15. (cantidades inventadas, pueden ser Nm3/s, o por min., o lo que quieras).

Si necesitas de 10 a 20, lo tienes cubierto por el variable sólo... de 25 a 35, por el fijo más el variable... pero no tienes modo de llegar a ningún valor entre 20 y 25... si el consumo está en ese margen, los compresores entrarán en paros y arrancques muy ineficientes)

En mi caso, era así.
Lo que decidí fue algo que, en principio sorprendío mucho al responsable de ingeniería de procesos... pero resultó de lo más eficaz: redujimos el caudal del compresor fijo, mediante un engranaje, de modo que se reducían las vueltas del tornillo. Por tanto, bajamos su capacidad... haciendo que se complementaran.

En el ejemplo numérico que he dicho antes... nos quedaríamos de 10 a 20... y el fijo, a 10.
Ahora, de 10 a 20 funciona con el variable... y de 20 a 30, con el fijo + el variable... de modo que no entra en ninguna zona de funcionamiento errático.


OTROS:
Si necesitas agua caliente en tu proceso, puedes extraer ese calor de los compresores. La eficiencia de un compresor ronda el 5 - 10%. Por lo que si tienes una máquina de 400 kW... realmente, de 20 a 40 kW se usan para comprimir aire, y de 360 a 380 se pierden en forma de calor.
Generalmente, los fabricantes dan la opción de conectar una salida de agua caliente, incluso después de instalado el equipo.



En fin... no soy ningún experto, pero me he peleado un poco con mi instalación para tratar de ahorrar energía. Si te he dado alguna idea, me alegro.

P.D.
La cantidad de depósitos que tienes a la salida me parece elevadísima. Es una impresión. Pero teniendo un compresor regulable... ¿hace falta tanto pulmón? (yo tengo en mi empresa compresores más pequeños, de 150 kW, pero para todos, sólo tengo un pulmón de 10 m3, y pienso que me sobra muchísimo... en alguna revisión, lo he cerrado, y sólo hemos usado un pulmón de 2 m3... y sin problemas en la instalación).

Los pulmones añaden ineficiencia, porque cualquier paro, cualquier descarga, etc., hace perder un montón de aire, además de que son una pérdida de carga... yo no los usaría como "secador", como parece que haceis vosotros, y secaría el aire con un secador de verdad.

jose-mac escribió:Ante todo, no te sientas una inepta. Coño, ¡que tú eres ingeniera!. Estarás un poco perdida por ser un tema nuevo... pero puedes enfrentarte a eso, y mucho más.

Al lío:

Yo entiendo que muy probablemente, las necesidades de aire, están cubiertas. Es decir, no les falta aire en ningún punto. El sistema es eficaz.

Pero el aire es un vector energético de una eficiencia bajísima. Y si nunca se ha hecho un intento de optimización de la red, usos, etc., es muy probable que la cantidad de kwh de aire que se estén gastando sean muy superiores a los necesarios.

Si no hay un preventivo muy bueno (localización de fugas, etc.), y si la instalación no está optimizada, lo normal es que del orden de un 50% del aire se vaya en derroches.
(he visto graficos que indican que, aproximadamente, el 50% del aire, es realmente necesario, el 30%, se va en fugas, el 10%, son usos inapropiados,y el 10%, es demanda artificial).

Por tanto, centraría la mejora ahí: en la eficiencia.
Y en dos aspectos: la producción de aire, y la demanda de aire.


DEMANDA DE AIRE:
Yo trataría de establecer una "línea de base" (este término entiendo que se "pondrá de moda", ya que es la primera herramienta en un sistema de gestión de eficiencia energética basado en la ISO 50001, pero esta es una norma generica, nunca he oido el término aplicado a aire comprimido, pero es perfectamente aplicable):
En definitiva, consistiría en

- identificación de usos del aire.
- características que debe tener en cada uso (presión, y si es el caso, humedad, etc.).
- cantidad de aire necesario en cada uso.


Debes suministrar sólo la presión necesaria, la imprescindible. Cada mbar de más, aumentas las pérdidas en fugas, en pérdidas de carga, etc.

Por tanto, si puedes identificar una zona donde el aire, en vez de a 7 bar, puede estar a 6 bar (o 6.5), entonces ahí tienes un punto de ganancia importante.
Puedes poner un manoreductor y un calderín de forma que, aguas abajo, toda la presión sea estable, y sea justo la que necesitas.
(y si tienes muy pocos consumos concretos que necesiten más presión, puedes usar un multiplicador de presión)...

Puedes usar caudalímetros para ver consumos reales, comparar con teóricos, etc.
Puedes hacer auditorías de fugas (son sorprendentemente eficaces, con un sonómetro ultrasónico, se detectan rápidamente, se facilita la reparación, y se reduce el gasto de forma muy significativa).



PRODUCCIÓN:
No entiendo que tengas un autómata, y que regules a presiones superiores a las necesarias, para que no entren en descarga, etc.
Deberías instalar un sistema de regulación, que regule el funcionamiento de los compresores de forma independiente, es decir, que los compresores deben trabajar siempre a la mínima presión necesaria. Regular por encima para que no descargue, significa un incremento de consumo.

Asegurate, igualmente, de que los compresores fijo y variable se ajustan de forma adecuada. Esto es: el rango entre máximo y mínimo caudal (la diferencia máximo - mínimo) es MAYOR que el caudal que da el compresor fijo que lo complementa.

Si esto no es así, habrán momentos del año en el que el fijo y el variable no se complementen bien (imagina: el variable da entre 10 y 20.... el fijo, da 15. (cantidades inventadas, pueden ser Nm3/s, o por min., o lo que quieras).

Si necesitas de 10 a 20, lo tienes cubierto por el variable sólo... de 25 a 35, por el fijo más el variable... pero no tienes modo de llegar a ningún valor entre 20 y 25... si el consumo está en ese margen, los compresores entrarán en paros y arrancques muy ineficientes)

En mi caso, era así.
Lo que decidí fue algo que, en principio sorprendío mucho al responsable de ingeniería de procesos... pero resultó de lo más eficaz: redujimos el caudal del compresor fijo, mediante un engranaje, de modo que se reducían las vueltas del tornillo. Por tanto, bajamos su capacidad... haciendo que se complementaran.

En el ejemplo numérico que he dicho antes... nos quedaríamos de 10 a 20... y el fijo, a 10.
Ahora, de 10 a 20 funciona con el variable... y de 20 a 30, con el fijo + el variable... de modo que no entra en ninguna zona de funcionamiento errático.


OTROS:
Si necesitas agua caliente en tu proceso, puedes extraer ese calor de los compresores. La eficiencia de un compresor ronda el 5 - 10%. Por lo que si tienes una máquina de 400 kW... realmente, de 20 a 40 kW se usan para comprimir aire, y de 360 a 380 se pierden en forma de calor.
Generalmente, los fabricantes dan la opción de conectar una salida de agua caliente, incluso después de instalado el equipo.



En fin... no soy ningún experto, pero me he peleado un poco con mi instalación para tratar de ahorrar energía. Si te he dado alguna idea, me alegro.

P.D.
La cantidad de depósitos que tienes a la salida me parece elevadísima. Es una impresión. Pero teniendo un compresor regulable... ¿hace falta tanto pulmón? (yo tengo en mi empresa compresores más pequeños, de 150 kW, pero para todos, sólo tengo un pulmón de 10 m3, y pienso que me sobra muchísimo... en alguna revisión, lo he cerrado, y sólo hemos usado un pulmón de 2 m3... y sin problemas en la instalación).

Los pulmones añaden ineficiencia, porque cualquier paro, cualquier descarga, etc., hace perder un montón de aire, además de que son una pérdida de carga... yo no los usaría como "secador", como parece que haceis vosotros, y secaría el aire con un secador de verdad.

Muchísimas gracias por contestarme, cuando vi la respuesta casi me da algo jejeje. No te puedes imaginar lo que lo necesitaba.

Que tengas un buen día!!!